Desatando el Poder Cósmico: Flujo de Energía en las Mayores Ondas de Choque del Universo

Un equipo internacional de investigadores ha estimado con éxito el tamaño y la velocidad de fusión de una onda de choque en un cúmulo de galaxias en fusión, encontrando que la energía liberada es de 2.3 × 1038 W. Este logro fue posible aprovechando una reciente colisión de cúmulos, lo que facilitó la compleja medición de objetos celestiales. (Concepto del artista).

Un equipo de investigadores liderado por el profesor asociado Kazuhiro Nakazawa de la Universidad de Nagoya/KMI y el estudiante de doctorado Yuki Omiya de la Escuela de Graduados de Ciencias ha logrado avances significativos en la comprensión de los cúmulos de galaxias. Colaborando con instituciones de renombre como el Observatorio Astronómico Nacional de Japón, la Universidad de Ciencias de Tokio, la Universidad de Hiroshima, la Universidad de Saitama, el Instituto JAXA de Ciencias del Espacio y Astronáutica, la Universidad Metropolitana de Tokio, el Instituto Holandés de Ciencias del Espacio y la Universidad de Toho, han logrado estimar las dimensiones y la velocidad de fusión de una onda de choque recién nacida en el cúmulo de galaxias en fusión cercano CIZA J1358.9-4750. Este esfuerzo también les ha permitido medir la energía liberada, asombrosa cantidad de 2.3 × 1038 W. Los datos para esta investigación se obtuvieron del satélite europeo de astronomía de rayos X XMM-Newton.

Recientemente, el cúmulo de galaxias en fusión CIZA J1358.9-4750. Crédito: Universidad de Nagoya.

Los cúmulos de galaxias, conocidos como los objetos autogravitantes más grandes del universo, albergan una vasta extensión de gas de alta temperatura. Este gas emite brillantes rayos X, lo que hace que estos cúmulos sean visibles. Cuando estos colosales cúmulos se fusionan, culmina en un evento astronómico de magnitud sin igual, dando origen a una onda de choque que abarca una superficie de 3 millones de años luz cuadrados.

Imágenes de la intensidad de rayos X (izquierda) y temperatura (derecha) del cúmulo de galaxias en fusión reciente CIZA1359. Crédito: Universidad de Nagoya.

Típicamente, en astronomía, medir la profundidad de los objetos celestiales supone un desafío significativo. Sin embargo, en este estudio, el equipo superó esta dificultad aprovechando la reciente colisión de los dos cúmulos. Este evento permitió hacer estimaciones razonables sobre la forma original de los cúmulos. Utilizando estas estimaciones, determinaron la velocidad del frente de choque mediante el análisis de la distribución de temperatura del gas de alta temperatura. Luego multiplicaron este valor por la longitud, anchura y profundidad de los cúmulos para calcular la cantidad de energía cinética convertida en calor, aceleración de partículas y amplificación del campo magnético en el frente de choque.

Esta investigación se publicó en el número de febrero de 2023 de las Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón (PASJ). En un artículo relacionado, Kurahara et al. (PASJ, diciembre de 2022) descubrieron "emisión de radio de sincrotrón" por electrones acelerados y campos magnéticos amplificados alrededor del frente de choque. Se estima que su luminosidad es de aproximadamente 3.5 × 1033 W. Estos resultados nos proporcionan una eficiencia de conversión de alrededor de 10-5.

Comprender la distribución de la eficiencia de conversión nos ayudará a aclarar lo que está sucediendo bajo la onda de choque más grande en la fusión de cúmulos.

Referencia: "Vista de XMM-Newton del calentamiento de choque en un cúmulo de fusión temprana, CIZA J1358.9−4750" por Yuki Omiya, Kazuhiro Nakazawa, Kyoko Matsushita, Shogo B Kobayashi, Nobuhiro Okabe, Kosuke Sato, Takayuki Tamura, Yutaka Fujita, Liyi Gu, Tetsu Kitayama, Takuya Akahori, Kohei Kurahara y Tomohiro Yamaguchi, 1 de diciembre de 2022, Publicaciones de la Sociedad Astronómica de Japón. DOI: 10.1093/pasj/psac087